封閉形柵NMOS晶體管的設(shè)計(jì)與器件特性研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展和器件工藝尺寸的減小，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體（簡寫為CMOS）集成電路的可靠性問題越來越明顯。尤其是在航天領(lǐng)域中，輻射所帶來的可靠性問題尤為突出，抗輻射加固產(chǎn)品的需求越來越高，對使用芯片及系統(tǒng)抗輻射能力的要求也越來越高。在眾多抗輻射加固方法中，采用封閉形柵晶體管的版圖設(shè)計(jì)對于總劑量輻射效應(yīng)是一種有效的抗輻射加固方法。于是，如何使用正確的寬長比提取方法對封閉形柵進(jìn)行設(shè)計(jì)，并估算其帶來的面積損耗以及封閉形柵NMOS晶

2、體管的可靠性進(jìn)行研究成為了現(xiàn)階段半導(dǎo)體器件的研究熱點(diǎn)?；谝陨媳尘埃疚膰@封閉形柵NMOS晶體管的設(shè)計(jì)與器件特性展開了研究。具體內(nèi)容如下：
　　基于商用CMOS工藝線，設(shè)計(jì)并制備了不同柵氧化層厚度和不同柵形狀的封閉形柵NMOS晶體管，主要有環(huán)形柵、半環(huán)形柵和用于對比研究的條形柵。通過對完成制備的各種樣片進(jìn)行電特性測試，表明所設(shè)計(jì)的NMOS晶體管達(dá)到設(shè)計(jì)要求。并對條形柵、半環(huán)形柵和環(huán)形柵NMOS晶體管的最小寬長比和所占的版圖面積進(jìn)

3、行了對比研究，并對比研究了三種提取封閉形柵NMOS晶體管的有效寬長比的方法，實(shí)驗(yàn)顯示環(huán)形柵常使用的中線近似法和半環(huán)形柵使用的均值法提取有效 W/L都存在誤差，在可接受范圍內(nèi)，是最簡單有效的方法。
　　通過對不同柵氧厚度的封閉形柵NMOS晶體管進(jìn)行輻射實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)仿真研究，通過對工藝修正參數(shù)的調(diào)整，可以使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)達(dá)到很好的一致性，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在柵氧化層更薄的工藝線中，封閉形柵NMOS的抗總劑量輻射加固效果更加

4、顯著，環(huán)形柵的加固效果優(yōu)于半環(huán)形柵。
　　對比研究了基于0.18μm CMOS工藝的環(huán)形柵、半環(huán)形柵和條形柵NMOS晶體管的熱載流子效應(yīng)，通過對其應(yīng)力前后電特性的對比研究分析，結(jié)果顯示，隨著直流應(yīng)力退化時(shí)間的累積，NMOS晶體管的漏電流會減小，閾值電壓變大、跨導(dǎo)的峰值也會變小。并且，同一寬長比的NMOS，環(huán)形柵的退化最嚴(yán)重，半環(huán)形柵其次，與條形柵相差不大。所以，封閉形柵NMOS晶體管雖然能很好提高抗總劑量輻射能力，但對于抗HCI效